BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 1.1 Karakterisasi Serat Tunggal 1.1.1 Hasil Uji Tarik Serat Tunggal Pengujian serat tunggal dilakukan untuk mengetahui dan membandingkan dengan penelitian terdahulu oleh Budiargo, (2015) bahwa pada penelitiannya hasil dari uji kekuatan tarik serat tunggal bagian tengah memperoleh nilai 501,97 MPa. Sedangkan pada penelitian ini hanya mendapatkan nilai rata-rata kuat tarik 202,39 MPa. Penyebab terjadinya penurunan dipengaruhi oleh beberapa faktor salah satunya yaitu pada kondisi lingkungan yang berbeda serat alam akan mengalami penurunan (Ghani, 2012). Pengujian serat tunggal kenaf bagian tengah yang mengacu pada ASTM D3379-75 diperoleh kuat tarik serat pada Tabel 4.1 dan hasil dari pengujian berupa grafik pada Gambar 4.1. Gambar 4.1 Grafik dari hasil pengujian tarik. 42
Tabel 4.1. Hasil pengujian serat tunggal ASTM D3379-75 Dari data tabel di atas diketahui hasil rata rata kekuatan serat tunggal kenaf sebesar 202,39 MPa, regangan tarik sebesar 0,0146, dan modulus elastisitas sebesar 14041,26 MPa. (1,4 GPa) Hasil kekuatan tarik serat tunggal tersebut akan mempengaruhi kekuatan tarik pada komposit hibrida. 1.1.2 Morfologi Permuakaan Serat Kenaf dan Serat E-Glass Untuk mengevaluasi morfologi dan struktur permukaan serat dapat dilakukan menggunakan alat uji SEM. Hasil uji SEM serat tunggal kenaf (sebelum dan sesudah alkalisasi) dan e-glass, masing-masing ditunjukkan pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Pengotor serat Komponen non-selulosa Gambar 4.2. Serat kenaf sebelum alkalisasi.
Gambar 4.2 merupakan hasil dari foto mikro dari serat kenaf bagian tengah. Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Purwanto et al. (2014) telah berhasil membandingkan karakteristik morfologi dan struktur mikro serat kenaf pada bagian ujung, tengah dan pangkal. Pada penelitiannya menunjukkan bahwa serat kenaf bagian tengah memiliki struktur yang lebih kuat, tidak banyak kotoran dan lubang, serta dengan tingkat kekasaran permukaan yang tinggi. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan pengujian serat tunggal dan karakterisasi uji SEM pada serat kenaf bagian tengah. Dengan menggunakan perbesaran 200 kali skala 100 μm menunjukkan tampak pada serat kenaf masih banyak terdapat kotoran dan terlihat seperti adanya lapisan pembungkus pada permukaan serat (ditunjukkan pada anak panah). Lapisan pembungkus yang mnyelubungi serat diperkirakan adalah komponen non-selulosa (Purwanto, 2014). Sedangkan pada serat kenaf sesudah alkalisasi (Gambar 4.3) morfologi permukaan serat terllihat lebih bersih dengan tingkat kekasaran lebih tinggi. Lapisan yang menyelubungi serat juga mulai terkelupas karna proses alkalisasi. NaOH sebagai larutan kimia yang digunakan untuk proses alkalisasi mampu menghilangkan komponen non-selulosa secara parsial dan meningkatkan kekasaran permukaan serat. Kekasaran permukaan tinggi Gambar 4.3. Serat kenaf sesudah alkalisasi.
Hasil foto mikro dari uji SEM pada serat E glass (Gambar 4.4.), menunjukkan bahwa permukanaan E glass terlihat halus, rata dan bersih, yang dapat menyebabkan rendahnya ikatan terhadap matrik dan dapat menurunkan kekuatan tarik komposit. 1.2 Karakterisasi Komposit Hibrida Gambar 4.4. Serat E-glass. Spesimen komposit hibrida sesudah dicetak ditunjukkan pada Gambar 4.5a dan spesimen komposit uji tarik yang dibentuk mangacu pada standar ASTM D638-02a ditunjukkan pada Gambar 4.5b. (a) (b) Gambar 4.5.(a). Komposit hasil cetakan. (b) Spesimen uji tarik komposit. 1.2.1 Hasil Pengujian Tarik Komposit Hibrid Pada pengujian tarik komposit hibrid didapatkan tiga jenis perhitungan kekuatan mekanik komposit diantaranya kekuatan tarik komposit, regangan tarik komposit, dan modulus elastisitas tarik komposit hibrid. Namun pada penelitian ini
hanya menggunakan perhitungan kekuatan tarik, adapun hasil patahan dari pengujian tarik yakni ditunjukan pada Gambar 4.6 sampai 4.8. Gambar 4.6. Hasil patahan dari pengujian tarik pada variasi 70:30 Gambar 4.7. Hasil patahan dari pengujian tarik pada variasi 75:25 Gambar 4.8. Hasil patahan dari pengujian tarik pada variasi 80:20 Kekuatan Tarik Komposit Hibrida
Kekuatan tarik (MPa) Dari hasil pengujian tarik dan pengolahan data didapat nilai kekuatan tarik komposit hibrid dengan harga maksimal pada variasi fraksi volume matrik-serat 80%:20% yang dihitung menggunakan persamaan (2.1), dan hasil perhitungan dirangkum pada Table 4.2. Korelasi kekuatan tarik komposit terhadap perbandingan fraksi volume matrik dan serat ditunjukkan pada Gambar 4.6. No. Variasi fraksi volume matrik dan serat Tabel 4.2. Data kekuatan tarik komposit hibrida Kekuatan tarik komposit hibrida (MPa) Minimal Maksimal Rata - rata Standart Deviation Coef. Of Variation (%) 1 70%:30% 34.585 36.769 35.869 0.781 2.191 2 75%:25% 33.001 42.956 37.479 4.145 11.059 3 80%:20% 36.289 38.614 37.608 0.989 2.628 50 40 30 20 35.869 37.479 37.608 10 0 70%:30% 75%:25% 80%:20% Variasi perbandingan fraksi volume matrik/serat(kenaf-e glass) Gambar 4.9. Hubungan kekuatan tarik terhadap fraksi volume matrik/serat Grafik hubungan antara kekuatan tarik terhadap serat kenaf-e glass dengan matriks polipropilen (Gambar 4.4.) menunjukkan peningkatan dari setiap berkurangnya volume penguat didalam komposit hibrida. Pada perbandingan serat
dan matrik 30:70 diperoleh nilai kekuatan tarik sebesar ± 35,869 MPa dan kekuatannya meningkat pada perbandingan 75:25 sebesar ± 37,479 MPa. Begitu pula pada perbandingan 80:20 kekuatan tarik komposit meningkat menjadi ± 37,608 MPa. Pada penelitian ini semakin berkurang volume serat penguat semakin meningkat harga kekuatan tarik pada komposit hibrid, hal tersebut mungkin dipengaruhi oleh ikatan matrik polipropilen ke serat semakin rapat sehingga ikatan matrik dengan serat jadi lebih tinggi. Disamping itu kemungkinan bahwa serat kenaf dan serat E glass sebagai penguat memiliki kontribusi yang tidak rata terhadap matrik sehingga mengakibatkan kekuatan tarik menjadi rendah. 1.2.2 Struktur Patahan Untuk mempelajari morfologi dan struktur mikro ikatan antara serat kenaf- E glass dengan matrik polipropilen digunakan alat SEM. Informasi dari foto mikro SEM diharapkan dapat mengetahui penyebab terjadinya penurunan atau kenaikan kekuatan tarik pada komposit hibrid. Analisa yang dilakukan terbagi menjadi 3 parameter dengan masing-masing varasi menggunakan perbandingan fraksi volume. Sampel yang dipilih sebagai bahan untuk uji SEM menggunakan spesimen yang kekuatan tariknya mempunyai nilai tertinggi. Hasil dari foto uji SEM pada permukaan patahan akibat uji tarik sebagai berikut.
Gambar 4.10. Struktur patahan komposit hibrid variasi fraksi volume 70:30 Gambar 4.11. Struktur patahan komposit hibrid variasi fraksi volume 70:30 dengan perbesaran rendah (50 x)
Gambar 4.7 adalah hasil dari struktur patahan komposit hibrid dengan variasi perbandingan 70:30, dapat dilihat bahwa ikatan dari serat kenaf dan matrik lebih banyak terlihat dan memiliki ikatan yang kurang baik. Sedangkan untuk ikatan E glass dengan matrik hampir tidak terlihat keberadaanya, hal ini disebabkan oleh perbandingan serat kenaf dan serat E glass memiliki perbedaan perbandingan 20:10 sehingga pada paramater variasi fraksi volume 70:30 ini terlihat lebih dominan serat kenaf pada komposit ini. Dari gambar tersebut juga terlihat bahwa penyebaran atau distribusi serat kenaf dan E glass tidak merata (lihat pada lingkaran hitam), akibatnya ikatan serat akan mempengaruhi kekuatan tarik pada komposit hibrid tersebut menurun, karena pada serat E glass memiliki permukaan yang sangat rata. Jadi jika serat E glass tersebut tidak terditribusi merata (menggrombol) akan terjadi slip ketika di uji beban tarik, berbeda jika serat E glass tersebut bisa tercampur rata dengan serat kenaf yang memiliki struktur permukaan tidak rata kemungkinan bisa terjadi ikatan yang lebih baik jika dikenakan beban tarik. Masalah lain yang ditemukan pada parameter ini yaitu masih banyak rongga-rongga atau lubang kecil-kecil pada komposit ini, kemungkinan lubang kecilkecil ini adalah udara yang terjebak pada komposit atau bisa disebut dengan void. Hal ini juga bisa menyebabkan menurunnya hasil kekuatan tarik pada komposit.
Gambar 4.12 Struktur patahan komposit hibrid variasi fraksi volume 75:25
Gambar 4.13 Struktur patahan komposit hibrid variasi fraksi volume 75:25 dengan perbesaran rendah (50 x) Analisis SEM pada Gambar 4.8 untuk komposit dengan parameter perbandingan variasi fraksi volume 75:25 terlihat dari hasil foto mikro SEM bahwa ikatan pada parameter ini lebih baik dari parameter 70:30. Ikatan lapisan matrik terlihat mengikat serat dengan baik. Hasil pengujian kekuatan tarik juga berbanding lurus meningkat dengan seiring bertambahnya perbandingan matrik lebih banyak terhadap serat penguat. Namun pada parameter ini masih ditemukan void, meskipun lebih sedikit dari parameter sebelumnya hal ini sangat berpengaruh terhadap karakteristik kuat tarik pada komposit. Hal lain ditemukan adanya debonding pada ikatan serat E glass terhdap matrik PP.
Gambar 4.14. Struktur patahan komposit hibrid variasi fraksi volume 80:20. Gambar 4.15. Struktur patahan komposit hibrid variasi fraksi volume 80:20 dengan perbesaran rendah (67 x)
Hasil dari foto SEM penampang patah pada Gambar 4.9 menunjukkan masih terbentuknya serat yang tidak terdistribusi merata (bergerombol) pada serat E glass. Akan tetapi pada parameter ini terlihat bahwa ikatan matrik PP terlihat cukup baik terhadap serat kenaf maupun E glass. Hal ini membuktikan bahwa penambahan fraksi volume serat penguat dalam variasi tertentu akan menimbulkan ikatan antara matrik dan penguat menjadi baik. Berdasarkan kesimpulan dari urain analisa patahan komposit hibrid diatas, jika ikatan matrik dan serat baik maka akan mengakibatkan beban yang dikenakan ke komposit akan diteruskan oleh matrik ke serat dengan baik. Sehingga jika keduanya mempunyai ikatan yang baik, maka serat tidak akan mudah lepas pada matriknya sampai serat mampu menahan beban maksimum dan mengakibatkan patah. Oleh karena itu, pada penelitian ini semakin berkurangnya nilai fraksi volume serat mengakibatkan nilai kekuatan tarik menjadi tinggi. Hal ini disebabkan karena penambahan serat E glass semakin banyak akan menyebabkan timbulnya aglomerasi (bergerombol) disebabkan karena metode pembuatan masih menggunakan hand lay up akibatnya banyak ditemukan komposit dengan keadaan patahan pull out. Serta permukaan serat E glass yang memiliki struktur yang sangat halus sehingga menyebabkan ikatan serat mudah terlepas dari matrik. Putra (2017) pada penelitiannya komposit hibrid serat kenaf-e glass bermatrik polipropilen melaporkan bahwa pada perbandingan matrik/serat 70:30 dengan variasi serat kenaf-e glass 20:10 menghasilkan kekuatan tarik rata-rata sebesar 46 MPa. Sedangkan pada penelitian ini dengan perbandingan serat/matrik 70:30 menghasilkan kekuatan tarik rata-rata sebesar 37,6 MPa. Data tersebut menunjukan adanya penurunan kekuatan tarik komposit pada penelitian ini. Hasil dari analisa struktur mikro terhadap patahan komposit menunjukan pada perbandingan 70:30 terlihat banyak serat yang mengalami distribusi kurang merata, hal ini kemungkinan terjadi karena di proses fabrikasi masih sulit dilakukan dengan menggunakan metode hand lay up.